Künstliche Muskeln Kraftpakete aus verdrillten Nanoröhrchen

Forscher haben aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen einen künstlichen Muskel mit erstaunlichen Eigenschaften entwickelt: Er dreht sich und kann Gegenstände in Rotation versetzen, die 2000-mal schwerer sind als der Muskel selbst. Die Entdeckung könnte den Weg für leistungsstarke Miniaturpumpen ebnen.

University of Texas at Dallas

Federleicht, extrem stark und im Reagenzglas gezüchtet: Forscher haben einen künstlichen Muskel entwickelt, der sich wie ein winziger Elektromotor dreht und sogar in der Lage ist, einen kleinen Rührflügel in Rotation zu versetzen. Bei dem Muskel, den ein Forscherteam um Ray Baughman von der University of Texas in Dallas nach dem Vorbild von Muskelfasern aus Elefantenrüsseln gebaut hat, handelt es sich um Garn aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen.

Ähnlich wie bei der Herstellung von gewöhnlichem Wollgarn verzwirbelten die Forscher winzige Nanoröhrchen zu einem Faden. "Das Nanogarn besteht aus Milliarden solcher Kohlenstoff-Nanoröhrchen", erklärt Baughman. Jedes davon ist etwa 10.000-mal dünner als ein menschliches Haar, wie die Wissenschaftler im Fachblatt "Science" schreiben.

Der winzige Motor drehte sich im Experiment mit einer Geschwindigkeit von bis zu 590 Umdrehungen pro Minute und konnte dabei einen Rührflügel in Rotation versetzen, der etwa 2000-mal schwerer war als das Nanogarn selbst. Die maximale Rotationsgeschwindigkeit erreichte der Flügel in nur 1,2 Sekunden.

Im Vergleich zu bisherigen künstlichen Muskeln aus speziellen Metallen oder organischen Polymeren schneidet das Nanogarn besser ab: Die Rotation pro Muskellänge, eine wichtige Maßeinheit, beträgt nach Angaben der Forscher 250 Grad pro Millimeter Muskel. Das sei tausendmal mehr als bei den bisherigen künstlichen Fasern.

Um das Nanogarn in Drehung zu versetzen, tauchten Baughman und seine Kollegen den Faden in eine leitende Flüssigkeit und schlossen diese an eine Spannungsquelle an. Sobald sich der Faden mit der leitenden Flüssigkeit vollgesogen hatte, wanderten Ionen aus der Flüssigkeit in das Garn, um die elektrische Ladung darin auszugleichen. Dabei quoll das Garn etwas auf, zudem verkürzte sich seine Länge um bis zu ein Prozent. Grund für diese Effekte ist nach Auffassung der Forscher die verdrillte Struktur der Nanoröhrchen. Sie reichten aus, um das Nanogarn in Bewegung zu versetzen.

"Das Drehmoment pro Garnmasse, was wir mit dem Nanogarn erzeugen können, ist mit dem von großen Elektromotoren vergleichbar", sagt Baughman. Herkömmliche Motoren seien allerdings relativ komplex aufgebaut und daher nur schwer zu verkleinern. "Je kleiner man einen Elektromotor macht, desto größer ist der Verlust an Drehmoment pro Masse", erklärt Baughman.

Ein Problem hat der künstliche Muskel allerdings noch: Je nach Richtung der Rotation lösen sich die einzelnen Nanoröhrchen schon nach ein paar Dutzend Umdrehungen voneinander. Damit das Nanogarn wieder funktioniert, müssten die Röhrchen also erst wieder verdrillt werden.

Dennoch sind die Forscher überzeugt, dass der künstliche Muskel als Miniaturpumpe auch Anwendung finden könnte - wie etwa auf miniaturisierten "Lab on a Chip"-Produkten, auf denen man beispielsweise die Inhaltsstoffe von Substanzen analysieren kann.

cib

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ZWV@SPON 17.10.2011
1. Mech....
Zitat von sysopForscher haben aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen einen künstlichen Muskel mit erstaunlichen Eigenschaften*entwickelt: Er dreht sich und kann Gegenstände in Rotation versetzen, die 2000-mal schwerer sind als der Muskel selbst. Die Entdeckung könnte den Weg für leistungsstarke Miniaturpumpen ebnen. http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,792157,00.html
Na endlich... dann muss ich ja auf meinen Mech nicht mehr solange warten! Gruß Oli
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